Mercedes-AMG M 139 najsnažniji je serijski četverocilindrični turbo motor na svijetu

Mercedes-AMG četverocilindrični turbo motor iz ultra moderne proizvodnje je najsnažniji serijski proizveden motor iz Affalterbacha
Četiri pobjede: sa snagom do 310 kW (421 KS), ovaj potpuno novorazvijeni Mercedes-AMG 2.0-litreni M 139 motor najsnažniji je četverocilindrični turbo motor serijski proizveden na svijetu. S ovim motorom, marka Mercedes-AMG je za čak 30 kW (41 KS) nadišla prethodni najsnažniji motor M 133. Maksimalni okretni moment je također povećan sa 475 Nm na 500 Nm. Sa specifičnom snagom po litri obujma od 155 kW (211 KS), novi Mercedes-AMG turbo motor visokih performansi može se usporediti s mnogim dobro poznatim motorima iz super automobila. Ovaj novi i vrlo učinkoviti agregat proizvodi se na inovativnoj proizvodnoj liniji u Affalterbachu, prema principu „jedan čovjek, jedan motor”. Ovaj četverocilindraš, koji je dostupan u dvije izvedbe različitih snaga, osigurat će agilne performanse za kompaktne modele marke Mercedes-AMG: s 310 kW (421 KS) kao S-model i 285 kW (387 KS) u osnovnoj inačici. Ova politika ponude proizvoda već se pokazala uspješnom kod V8 AMG Performance modela te bolje zadovoljava želje klijenata.

Osim samim performansama, izraženima u brojkama, ovaj novi motor impresionira svojim trenutnim odzivom. Sad je krivulja okretnog momenta pažljivo uravnotežena (“torque shaping”): maksimalni okretni moment od 500 Nm (480 Nm u osnovnoj izvedbi) dostupan je u rasponu od 5000 do 5250 o/min (4750 do 5000 o/min u osnovnoj izvedbi). S ovom konfiguracijom, AMG-ovi inženjeri postigli su isporuku snage koja je slična atmosferskim motorima, za još uzbudljivije iskustvo vožnje. Inženjeri su također uspjeli realizirati dinamički rastuću krivulju momenta pri nižim okretajima motora, čime se poboljšala agilnost. Zahvaljujući većem okretnom momentu pri višim okretajima ovaj se motor rado vrti. Nadalje, visoki maksimalni broj okretaja motora (do 7200 o/min) potvrđuje da je M 139 sportski motor. “S prethodnim motorom već smo postavili standarde u ovom segmentu. Ovaj, u biti novi, četiri-cilindrični motor shvatili smo kao izazov i priliku da postignemo još bolje značajke. To smo uspjeli s nizom ponekad revolucionarnih rješenja. S motorom M 139 još jednom smo impresivno demonstrirali stručnost marke Mercedes-AMG u razvoju i proizvodnji motora. Ne samo da je specifična snaga po litri obujma dosad nedostignuta za jedan turbo motor nego i visoka razina učinkovitosti također demonstrira da motor s unutrašnjim sagorijevanjem još uvijek ima dodatni potencijal,” kaže Tobias Moers, predsjednik tvrtke Mercedes-AMG GmbH.

Zašto je ponovo uveden princip „jedan čovjek, jedan motor”
Ovaj novi motor u potpunosti se sklapa ručno. Na prvom katu MG-ove tvornice motora u Affalterbachu instalirana je potpuno novo projektirana proizvodna linija, u kojoj je Mercedes-AMG podigao princip „jedan čovjek, jedan motor” na sasvim novu razinu s Industry 4.0 metodama koje uključuju najnovija saznanja u ergonomiji, rukovanju materijalima, osiguraju kvalitete, održivosti i učinkovitosti. Tijekom implementacije Industry 4.0 tehnologije, AMG-ove ručne operacije sklapanja na sličan način slijede viziju ”pametne proizvodnje”. Ističu se maksimalnom fleksibilnošću te su transparentne i vrlo učinkovite. Štite i poboljšavaju kvalitetu motora i proizvodnog procesa koristeći inovativne i digitalne tehnologije.
“Za sklapanje motora M 139 u potpunosti smo revidirali princip ”jedan čovjek, jedan motor”. Rezultat je ultra moderan proizvodni proces usmjeren na ljude. Kako bi to postigli, kreirali smo idealne radne uvjete u svijetloj, precizno organiziranoj i čistoj okolini za naše zaposlenike. To pruža najbolju osnovu za nastavak osiguravanja naše visoke razine kvalitete čak i ako tehnologija postaje više kompleksna”, kaže Emmerich Schiller, izvršni organizacijski direktor i član uprave tvrtke Mercedes-AMG GmbH.
Zašto 180-stupanjska rotacija donosi mnoge prednosti?
Novi motor ističe se raznim inteligentnim dizajnerskim značajkama. U usporedbi sa sličnim poprečno ugrađivanim M 260 četiri-cilindričnim motorom u modelima ”35” ili s prethodnim M 133 motorom, novi Mercedes-AMG M 139 rotira se oko svoje okomite osi za 180 stupnjeva. To znači da su turbo punjač i ispušna grana sada pozicionirane straga, sa strane vatrozida kad se gleda odostraga. Time je usisni sustav pozicioniran sprijeda. Ova konfiguracija omogućuje najtanju moguću i aerodinamički povoljnu konstrukciju prednjeg dijela vozila. Nadalje, novi raspored omogućuje poboljšano usmjeravanje zraka s kraćim udaljenostima i manjim brojem skretanja – na usisnoj i ispušnoj strani.

Kako valjkasti ležajevi poboljšavaju odziv turbo punjača?
Novi turbo punjač s dva vijka kombinira optimalni odziv pri niskim okretajima motora s većom snagom u gornjem rasponu okretaja. Nadalje, kućište turbine podijeljeno je u dva paralelna kanala. Zajedno su na sličan način podijeljene linije u ispušnoj grani, što omogućuje odvojeno usmjeravanja protoka ispušnih plinova do turbine. Cilj je spriječiti da pojedinačni cilindri negativno utječu jedan na drugoga tijekom ciklusa opterećenja te poboljšati ciklus gasa. Rezultat je veći okretni moment pri nižim okretajima motora te ekstremno dobar odziv. Osovine kompresora i turbina po prvi put imaju valjkaste ležajeve – kao i u vrhunskoj izvedbi AMG-ovog 4.0-litrenog V8 motora u 4-vratnom modelu AMG GT Coupé. Valjkasti ležajevi smanjuju mehaničko trenje unutar turbo punjača na minimum. Time punjač spremnije reagira i brzo postiže maksimalnu brzinu do 169.000 o/min.
Kako elektronička kontrola tlaka prednabijanja optimizira odziv?
S maksimalnim tlakom prednabijanja od 2,1 bara (1,9 za osnovni model), ovaj 2.0-litreni turbo može se pohvaliti vrhunskim značajkama i u ovom pogledu. Elektronički kontrolirani otpusni ventil ispušnog sustava omogućuje precizniju i fleksibilniju kontrolu tlaka prednabijanja uz optimiziranje odziva, pogotovo prilikom ubrzavanja kod djelomičnog opterećenja. Tijekom ovog procesa u obzir se uzimaju razni parametri. Glavni ulazni signali u kontrolnu jedinicu otpusnog ventila su tlak prednabijanja, pozicija zaklopke gasa i tendencija lupanja. Modificirani signali uključuju temperaturu usisnog zraka, temperaturu motora, broj okretaja motora i atmosferski tlak. To također omogućuje privremeno povećanje tlaka prednabijanja (overboost) tijekom ubrzavanja. Za hlađenje turbo punjača, osim ulja i vode, koristi se svježi zrak. Usmjerava se na punjač kroz rešetku hladnjaka, preko pokrova motora koji je izveden kao deflektor zraka i zrak usmjerava ispod poklopca motora. Koncept se temelji na principima i iskustvu stečenom glede hlađenja interno ugrađenih turbo punjača u trenutačnim AMG 4.0-litrenim V8 motorima, počevši s modelom AMG GT iz 2014. Nadalje, kućište turbine ima integriranu izolaciju.

Prednosti bloka motora
Potpuno aluminijski blok motora je hladno lijevani element koji se ističe izvanrednim značajkama materijala. U ovom procesu otopljeni aluminij se lijeva u metalni kalup uz pomoć gravitacije. Zahvaljujući dobroj termičkoj vodljivosti, vodom hlađeni kalup omogućuje brzo hlađenje i stvrdnjavanje otopine. Rezultat je fino zrnasta i gusta struktura koja jamči vrlo visoku čvrstoću. Kompleksne unutrašnje geometrije mogu se realizirati uz pomoć ubačenih pješčanih jezgri. Takozvana konstrukcija s punim blokom motora (closed-deck) – poznata iz moto utrka – osigurava izvanrednu krutost uz malu masu te omogućuje maksimalne tlakove sagorijevanja do 160 bara. Područja oko cilindara uglavnom su puna, a pokrov uključuje samo manje kanale za rashladnu tekućinu i motorno ulje. Sklop bloka motora s laganom radilicom od kovanog čelika i klipovima od kovanog aluminija s optimiziranim prstenima klipova kombinira nisko trenje i visoku čvrstoću. Maksimalni broj okretaja motora je 7200 o/min, a maksimalna snaga se razvija na 6750 o/min. Karter uključuje pregradne ploče tako da unatoč većem karteru, čak i pri višim poprečnim silama, uvijek ima dovoljno ulja za podmazivanje svih bitnih komponenata.

Zašto je na stjenke cilindara nanesen NANOSLIDE premaz?
Kako bi se smanjilo trenje između klipova i cilindara, stjenke su premazane patentiranom NANOSLIDE tehnologijom. To stjenkama osigurava zrcalnu površinu za minimalno trenje, a obloga je dvostruko tvrđa od konvencionalnih obloga od sivog lijeva i time ih čini puno izdržljivijima. NANOSLIDE tehnologiju razvila je kompanija Daimler AG te je zaštićena s više od 90 grupa patenata i preko 40 patenata. Premaz je prvi put korišten za AMG-ov motor M 156 te je nakon toga korišten i u drugim AMG-ovim motorima, a također se može pronaći i u Formula 1 motoru tima Mercedes AMG Petronas Motorsport.
Kako veći ispušni ventili osiguravaju brže cikluse ispušnih plinova?
Promjena pozicije i lagano naginjanje ubrizgavača i sustav svjećica u glavi cilindra omogućili su značajno povećanje ispušnih ventila u odnosu na one koji se ugrađuju u prethodni motor M 133. Veći poprečni presjeci ispuha omogućuju da plinovi izlaze iz komora za sagorijevanje s malim gubitcima te smanje ukupni učinak ventiliranja klipova. Učinkovitije hlađenje glave cilindara postignuto je brtvama glave s manjom visinom ugradnje i provrtom za hlađenje u blizini komore za sagorijevanje, u području između brtvi ispuha. Hlađenje je također poboljšano s bliskom geometrijom vodene košuljice, bržim protokom i optimiziranim volumetrijskim protokom.
Dvije bregaste osovine u glavi motora kontroliraju 16 ventila uz pomoć težinski optimiziranih klackalica. Namještanje bregaste osovine na usisnoj i ispušnoj strani omogućuje izvrstan odziv i optimizira ciklus gasa za svaku radnu točku. Još jedna značajka je CAMTRONIC kontrola ventila na ispušnoj strani, s dva brijega po ventilu. Brjegovi imaju različite geometrije, stoga ovisno o postavkama brijega u ovisnosti o uvjetima vožnje, ispušni ventili mogu biti otvoreni kratko ili dugo vrijeme – za još bolji odziv pri niskim okretajima motora, udobnu i štedljivu vožnju pri srednjim okretajima i isporuku maksimalne snage u gornjem rasponu okretaja.

Kako ubrizgavanje goriva kombinira najbolje od oba svijeta?
Turbo prednabijanje i direktno ubrizgavanje sa sprejem vođenim procesom sagorijevanja ne samo da dozvoljava visoku snagu nego također poboljšava termodinamičku učinkovitost i time smanjuje potrošnju goriva i emisije.
Po prvi put, novi četiri cilindrični motor visokih performansi ima dvostupanjsko ubrizgavanje goriva. U prvom stupnju posebno brzi i precizni piezo ubrizgavači gorivo ubacuju u komore za sagorijevanje pri tlaku do 200 bara. Povremeno se rado o višestrukom procesu te ga prema potrebi kontrolira upravljački sustav motora. U drugom stupnju provodi se dodatno ubrizgavanje u usisnu granu uporabom solenoidnih ventila. To je potrebno kako bi se postigla visoka specifična snaga motora. Elektronički kontrolirana opskrba gorivom ima radni tlak od 6,7 bara.
Kako sofisticirani sustav hlađenja povećava snagu?
Visoka snaga zahtijeva inteligentno zamišljen sustav hlađenja. Dodatni hladnjak u luku kotača nadopunjuje veliki hladnjak u prednjem dijelu. Niskotemperaturni krug također se koristi za međuhladnjak zraka/vode. Zajedno sa serijski spojenim međuhladnjakom, protok rashladne tekućine koja teče kroz hladnjake osigurava električna pumpa visokih performansi. To osigurava idealno hlađenje jako stlačenog zraka prednabijanja, čime se doprinosi optimalnim performansama motora. Hlađenje ulja mjenjača integrirano je u krug hlađenja motora, te pri tome pomaže izmjenjivač topline koji je direktno ugrađen na mjenjač. Kontrolna jedinica motora je ugrađena na kućište filtra zraka, gdje je hlađena protokom zraka.

Zašto električna pumpa za vodu donosi razne prednosti?
Ova, prema potrebi kontrolirana, električna pumpa za vodu visokih performansi radi neovisno o broju okretaja motora. Kasnije aktiviranje tijekom faze zagrijavanja motora znači da se blok motora brže zagrijava, uz pozitivan učinak na trenje, potrošnju i emisije. Pumpa se također može uključiti ili isključiti prema potrebi tijekom vožnje s manjim opterećenjem ili manjim brojem okretaja. Nadalje, ova električna pumpa za vodu osigurava maksimalnu snagu motora i optimalnu disipaciju topline u cijelom rasponu okretaja motora. Također štiti od termičkih oštećenja kada motor radi u praznom hodu pri visokim okolnim temperaturama. Funkcije kao što su upravljanje alternatorom, ECO start/stop funkcija s brzim pokretanjem motora, funkcija krstarenja i filtar benzinskih čestica također su dio tehnološkog paketa novog AMG-ovog četiri-cilindričnog motora.
Kako novi proces olakšava posao i poboljšava učinkovitost
Novi AMG 2.0-litreni turbo četiri-cilindrični motor s internom oznakom M 139, u potpunosti se sklapa ručno prema tradicionalnom AMG-ovom principu „jedan čovjek, jedan motor” – ali uz potpuno novi digitalno podržani proces i logističku organizaciju.
U svim aktivnostima najvažniji su ljudi. Zaposlenicima u njihovom poslu optimalno pomažu digitalni alati. Fokus je na uporabi inteligentne i fleksibilne tehnologije. Ključni element u ovom modernom proizvodnom procesu je kombinacija vrlo fleksibilne proizvodne linije i unaprijed konfiguriranim kolicima za sklapanje koja koriste autonomni transportni sustav. Aspekt održivosti također je fundamentalni dio planiranja proizvodne linije za motor M 139. Proizvodnja koristi obnovljive izvore energije te značajno smanjuje CO2 emisije, potrošnju vode i otpad.

Kako nova kolica za sklapanje olakšavaju posao?
Kolica za sklapanje na kojima se sastavlja M 139 razvijena su sa zaposlenicima koji rade kao tim. Kolica imaju vlastiti neovisni izvor napajanja i ne trebaju kabele napajanja. Sve potrebne radne tekućine i alati ergonomski su raspoređeni na i oko klica, što olakšava rad, minimizira udaljenosti i poboljšava učinkovitost. Integrirano tablet računalo pomaže zaposlenicima s preciznim i jasno formuliranim radnim uputama. Tiskani priručnici i vodiči su dio prošlosti – proizvodnja sada ne uključuje papir.
Zašto to zaposlenici nazivaju ”plavo nebo”?
Novi bežični odvijači odmah su pri ruci te se više ne moraju hvatati odozgora na svakoj radnoj poziciji, kao prijašnji ovješeni alati s kabelom. Zaposlenici zbog toga svoje radno mjesto nazivaju “plavo nebo” jer više nema kabela koji vise sa stropa. Radionica za sklapanje pruža svijetao i prozračan osjećaj te stvara ugodnu radnu klimu. Sveobuhvatna digitalizacija poboljšava učinkovitost i fleksibilnost proizvodnog procesa: svaki alat je spojen na WLAN radionice za sklapanje motora – što omogućuje automatsko namještanje potrebnog momenta pritezanja za odgovarajući stupanj sklapanja. Nadalje, svi završeni zadaci su digitalno snimljeni te jamče optimalno osiguravanje kvalitete, reproduktivnost i transparentnost.

Prednosti autonomnih transportnih sustava
Svakog tehničara prati autonomni transportni sustav. Njegova kolica imaju točno one komponente koje treba za sklapanje motora. Transportni sustavi utovaruju se u Mercedes-AMG logističkom centru u Marbachu te se pravovremeno isporučuju na proizvodnu liniju. Autonomna kontrola također se provodi preko unutrašnje WLAN veze, a sve komponente mogu se digitalno pratiti. Kolica za sklapanje i transport izvedena su sa crno-bijelim Mercedes-AMG izgledom te nose slogane kao što su “START YOUR ENGINE” ili “AMG PERFORMANCE INSIDE”. To doprinosi motivaciji i identifikaciji s kompanijom. Slično tome, pod radionice ima sjenčanje i bijelo-crvene trake koje podsjećaju na rubnjake i trake za vođenje na trkaćim stazama.
Zašto su ispitne stanice također više učinkovite?
Broj ispitnih stanica smanjen je grupiranjem nekoliko individualnih stanica u tri središnje stanice: test momenta, test curenja ulja/rashladne tekućine i sustava goriva, kao i kompletne vodene košuljice motora. Rezultat je značajna ušteda vremena i time veća učinkovitost. I u ovom slučaju svi parametri i izmjerene vrijednosti digitalno se snimaju i spremaju tako da se može pratiti sklapanje svakog pojedinog motora. Filozofija sklapanja „jedan čovjek, jedan motor” poznata je značajka marke Mercedes-AMG. Druga karakteristična značajka motora M 139 je AMG pločica na motoru koja nosi potpis tehničara koji je sklopio motor. Svi tehničari koji sklapaju ovaj novi četiri-cilindrični motor prošli su dodatnu iscrpnu obuku.

Davor Kindy
Foto: Mercedes-AMG